asp net core 2.1中如何使用jwt（從原理到精通）

更新時間：2018年11月01日 11:49:48 作者：roberg

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于asp net core 2.1中如何使用jwt（從原理到精通）的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面來一起看看吧

為什么使用 Jwt

最近，移動開發(fā)的勁頭越來越足，學(xué)校搞的各種比賽都需要用手機 APP 來撐場面，所以，作為寫后端的，很有必要改進一下以往的基于 Session 的身份認證方式了，理由如下：

移動端經(jīng)常要保持長時間（1 到 2 星期）在線，但是 Session 卻不好在服務(wù)端保存這么久，雖然可以持久化到數(shù)據(jù)庫，但是還是挺費資源
移動端往往不是使用的網(wǎng)頁技術(shù)，所以藏在 Cookie 里面的 SessionId 不是很方便的傳遞給服務(wù)端
服務(wù)端暴露給客戶端的接口往往是 RESTful 風(fēng)格的，這是一種無狀態(tài)的 API 風(fēng)格，所以身份認證的方式最好也是無狀態(tài)的才好

所以我選擇了使用 Jwt (Json Web Token) 這個技術(shù)。Jwt 是一種無狀態(tài)的分布式的身份驗證方式，與 Session 相反，Jwt 將用戶信息存放在 Token 的 payload 字段保存在客戶端，通過 RSA 加密的方式，保證數(shù)據(jù)不會被篡改，驗證數(shù)據(jù)有效性。

下面是一個使用 Jwt 的系統(tǒng)的身份驗證流程：

可以看出，用戶的信息保存在 Token 中，而 Token 分布在用戶的設(shè)備中，所以服務(wù)端不再需要在內(nèi)存中保存用戶信息了
身份認證的 Token 傳遞時以一種相當(dāng)簡單的格式保存在 header 中，方便客戶端對其進行操作

原理

jwt對所有語言都是通用的，只要知道秘鑰，另一一種語言有可以對jwt的有效性進行判斷;

jwt的組成；Header部分Base64轉(zhuǎn)化.Payload部分Base64轉(zhuǎn)化.使用HS256方式根據(jù)秘鑰對前面兩部分進行加密后再Base64轉(zhuǎn)化，其中使用的hs256加密是header部分指定的，也可以通過官網(wǎng)的查看，如下圖：

原理就這么簡單，那究竟用怎樣使用C#來實現(xiàn)呢，又怎么確定它的正確性呢？，請繼續(xù)

使用C#實現(xiàn)

我們定義一個今天方法，其中需要使用到Microsoft.IdentityModel.Tokens.dll，asp.net core 2.1再帶，如果其他版本，沒有自帶，需要nuget 一下這個類庫

/// <summary>
 /// 創(chuàng)建jwttoken,源碼自定義
 /// </summary>
 /// <param name="payLoad"></param>
 /// <param name="header"></param>
 /// <returns></returns>
 public static string CreateToken(Dictionary<string, object> payLoad,int expiresMinute, Dictionary<string, object> header = null)
 {
  if (header == null)
  {
  header = new Dictionary<string, object>(new List<KeyValuePair<string, object>>() {
   new KeyValuePair<string, object>("alg", "HS256"),
   new KeyValuePair<string, object>("typ", "JWT")
  });
  }
  //添加jwt可用時間（應(yīng)該必須要的）
  var now = DateTime.UtcNow;
  payLoad["nbf"] = ToUnixEpochDate( now);//可用時間起始
  payLoad["exp"] = ToUnixEpochDate(now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)));//可用時間結(jié)束

  var encodedHeader = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(header));
  var encodedPayload = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(payLoad));

  var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
  var encodedSignature = Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload))));

  var encodedJwt = string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload, ".", encodedSignature);
  return encodedJwt;
 }
 public static long ToUnixEpochDate(DateTime date) =>  (long)Math.Round((date.ToUniversalTime() - new DateTimeOffset(1970, 1, 1, 0, 0, 0, TimeSpan.Zero)).TotalSeconds);

該方法很簡單，只需要傳入header鍵值對和payLoad鍵值對，然后根據(jù)原理進行Base64轉(zhuǎn)換和hs256加密，接下來我們來使用一個測試類對其進行測試，代碼如下：

[TestMethod]
 public void TokenValidateTest()
 {
  Dictionary<string, object> payLoad = new Dictionary<string, object>();
  payLoad.Add("sub", "rober");
  payLoad.Add("jti", "09e572c7-62d0-4198-9cce-0915d7493806");
  payLoad.Add("nbf", null);
  payLoad.Add("exp", null);
  payLoad.Add("iss", "roberIssuer");
  payLoad.Add("aud", "roberAudience");
  payLoad.Add("age", 30);

  var encodeJwt = TokenContext.CreateToken(payLoad, 30);

  var result = TokenContext.Validate(encodeJwt, (load) => { return true; });
  Assert.IsTrue(result);
 }

先不管后面的驗證，我們先看看其中生成的encodeJwt的值：eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiJyb2JlciIsImp0aSI6IjY0OWMyYjUxLTE4ZGQtNDEzYy05Yzc5LTI4NWNhMDAxODU2NSIsIm5iZiI6MTU0MDYxMDY2NSwiZXhwIjoxNTQwNjEyNDY1LCJpc3MiOiJyb2Jlcklzc3VlciIsImF1ZCI6InJvYmVyQXVkaWVuY2UiLCJhZ2UiOjMwfQ.7Is2KYHAtSr5fW2gPU1jGeHPzz2ULCZJGcWb40LSYyw

第一部分和第二部分，并不是加密，只是Base64轉(zhuǎn)換，我們可以通過其他語言輕松轉(zhuǎn)換回來，如下使用javascript進行轉(zhuǎn)，window.atob(base64加密) window.btoa(base64解密)

var header=JSON.parse(window.atob('eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9'))

如下圖：

我再對payLoa進行轉(zhuǎn)換回來， var payLoad=JSON.parse(window.atob('eyJzdWIiOiJyb2JlciIsImp0aSI6IjY0OWMyYjUxLTE4ZGQtNDEzYy05Yzc5LTI4NWNhMDAxODU2NSIsIm5iZiI6MTU0MDYxMDY2NSwiZXhwIjoxNTQwNjEyNDY1LCJpc3MiOiJyb2Jlcklzc3VlciIsImF1ZCI6InJvYmVyQXVkaWVuY2UiLCJhZ2UiOjMwfQ')) ，如下圖：

所以，從這里可以看出來，Base64并不是屬于加密，只是簡單轉(zhuǎn)換，因此，不能在payLoad中存放重要內(nèi)容，比如密碼等

使用aspnetcore 中自帶的類生成jwt

aspnet core中自帶了一個jwt幫助類，其實原理一樣，對上面做了封裝，豐富了一個內(nèi)容,我們繼續(xù)使用一個靜態(tài)方法，如下

/// <summary>
 /// 創(chuàng)建jwtToken,采用微軟內(nèi)部方法，默認使用HS256加密，如果需要其他加密方式，請更改源碼
 /// 返回的結(jié)果和CreateToken一樣
 /// </summary>
 /// <param name="payLoad"></param>
 /// <param name="expiresMinute">有效分鐘</param>
 /// <returns></returns>
 public static string CreateTokenByHandler(Dictionary<string, object> payLoad, int expiresMinute)
 {
  
  var now = DateTime.UtcNow;

  // Specifically add the jti (random nonce), iat (issued timestamp), and sub (subject/user) claims.
  // You can add other claims here, if you want:
  var claims = new List<Claim>();
  foreach (var key in payLoad.Keys)
  {
  var tempClaim = new Claim(key, payLoad[key]?.ToString());
  claims.Add(tempClaim);
  }
  

  // Create the JWT and write it to a string
  var jwt = new JwtSecurityToken(
  issuer: null,
  audience: null,
  claims: claims,
  notBefore: now,
  expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)),
  signingCredentials: new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey)), SecurityAlgorithms.HmacSha256));
  var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
  return encodedJwt;
 }

它效果和上面一模一樣，如果使用同樣的header 、payload、秘鑰，生成的jwt肯定一樣，這里就不演示了，感興趣的可以自行嘗試;

aspnetcore中如何使用自定義jwt驗證

上面講了那么多，只是為了大家更好的理解如何使用jwt進行驗證，那是jwt是如何進行驗證的呢？，如果一個http請求過來，一般jwt攜帶在http請求頭部的Authorization中；先不看如何獲取，先看看他是如何驗證的，我們再定義個靜態(tài)方法，如下：

/// <summary>
 /// 驗證身份 驗證簽名的有效性,
 /// </summary>
 /// <param name="encodeJwt"></param>
 /// <param name="validatePayLoad">自定義各類驗證； 是否包含那種申明，或者申明的值， </param>
 /// 例如：payLoad["aud"]?.ToString() == "roberAuddience";
 /// 例如：驗證是否過期 等
 /// <returns></returns>
 public static bool Validate(string encodeJwt,Func<Dictionary<string,object>,bool> validatePayLoad)
 {
  var success = true;
  var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
  var header = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[0]));
  var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));

  var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
  //首先驗證簽名是否正確（必須的）
  success = success && string.Equals(jwtArr[2], Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(jwtArr[0], ".", jwtArr[1])))));
  if (!success)
  {
  return success;//簽名不正確直接返回
  }
  //其次驗證是否在有效期內(nèi)（也應(yīng)該必須）
  var now = ToUnixEpochDate(DateTime.UtcNow);
  success = success && (now >= long.Parse(payLoad["nbf"].ToString()) && now < long.Parse(payLoad["exp"].ToString()));

  //再其次 進行自定義的驗證
  success = success && validatePayLoad(payLoad);

  return success;
 }

其中validatePayLoad 參數(shù)是一個自定義的驗證的Fun，執(zhí)行該Fun方法時會把解密后的payload作為參數(shù)傳入進去

我們驗證通過分為兩部分，

第一，必須的（自認為的）　

jwt簽名是否正確，請看以上代碼實現(xiàn)　
jwt是否在可以時間內(nèi)，請看以上代碼實現(xiàn)

第二，自定義的(各復(fù)雜的,原理就是獲取payLoad 的某個值，然后對這個值進行各種判讀--等于，大于，包含，)　　

該jwt是不是進入黑名單
aud==‘roberAudience'

我們來通過一個測試類驗證

[TestMethod]
  public void TokenCustomerValidateTest()
  {
   Dictionary<string, object> payLoad = new Dictionary<string, object>();
   payLoad.Add("sub", "rober");
   payLoad.Add("jti", Guid.NewGuid().ToString());
   payLoad.Add("nbf", null);
   payLoad.Add("exp", null);
   payLoad.Add("iss", "roberIssuer");
   payLoad.Add("aud", "roberAudience");
   payLoad.Add("age", 30);

   var encodeJwt = TokenContext.CreateToken(payLoad, 30);

   var result = TokenContext.Validate(encodeJwt, (load) => {
    var success = true;
    //驗證是否包含aud 并等于 roberAudience
    success = success&& load["aud"]?.ToString() == "roberAudience";

    //驗證age>20等
    int.TryParse(load["age"].ToString(), out int age);
    Assert.IsTrue(age > 30);
    //其他驗證 jwt的標(biāo)識 jti是否加入黑名單等

    return success;
   });
   Assert.IsTrue(result);
  }

如上面，我們可以把jwt中的payload解析出來，然后進行各種復(fù)雜的想要的驗證；

其實，aspnet core中的基于角色，用戶、策略，自定義策略的驗證就相當(dāng)這里的自定義驗證，一下章將詳細說明和對比，這里暫時不講解

看完上面，是不是覺得jwt很簡單就，主要就兩部

創(chuàng)建jwt；
驗證jwt；

完整代碼如下：

/// <summary>
 /// Token上下文，負責(zé)token的創(chuàng)建和驗證
 /// </summary>
 public class TokenContext
 {
  /// <summary>
  /// 秘鑰，可以從配置文件中獲取
  /// </summary>
  public static string securityKey = "GQDstclechengroberbojPOXOYg5MbeJ1XT0uFiwDVvVBrk";

  /// <summary>
  /// 創(chuàng)建jwttoken,源碼自定義
  /// </summary>
  /// <param name="payLoad"></param>
  /// <param name="header"></param>
  /// <returns></returns>
  public static string CreateToken(Dictionary<string, object> payLoad,int expiresMinute, Dictionary<string, object> header = null)
  {
   if (header == null)
   {
    header = new Dictionary<string, object>(new List<KeyValuePair<string, object>>() {
     new KeyValuePair<string, object>("alg", "HS256"),
     new KeyValuePair<string, object>("typ", "JWT")
    });
   }
   //添加jwt可用時間（應(yīng)該必須要的）
   var now = DateTime.UtcNow;
   payLoad["nbf"] = ToUnixEpochDate( now);//可用時間起始
   payLoad["exp"] = ToUnixEpochDate(now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)));//可用時間結(jié)束

   var encodedHeader = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(header));
   var encodedPayload = Base64UrlEncoder.Encode(JsonConvert.SerializeObject(payLoad));

   var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
   var encodedSignature = Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload))));

   var encodedJwt = string.Concat(encodedHeader, ".", encodedPayload, ".", encodedSignature);
   return encodedJwt;
  }

  /// <summary>
  /// 創(chuàng)建jwtToken,采用微軟內(nèi)部方法，默認使用HS256加密，如果需要其他加密方式，請更改源碼
  /// 返回的結(jié)果和CreateToken一樣
  /// </summary>
  /// <param name="payLoad"></param>
  /// <param name="expiresMinute">有效分鐘</param>
  /// <returns></returns>
  public static string CreateTokenByHandler(Dictionary<string, object> payLoad, int expiresMinute)
  {
   
   var now = DateTime.UtcNow;

   // Specifically add the jti (random nonce), iat (issued timestamp), and sub (subject/user) claims.
   // You can add other claims here, if you want:
   var claims = new List<Claim>();
   foreach (var key in payLoad.Keys)
   {
    var tempClaim = new Claim(key, payLoad[key]?.ToString());
    claims.Add(tempClaim);
   }
   

   // Create the JWT and write it to a string
   var jwt = new JwtSecurityToken(
    issuer: null,
    audience: null,
    claims: claims,
    notBefore: now,
    expires: now.Add(TimeSpan.FromMinutes(expiresMinute)),
    signingCredentials: new SigningCredentials(new SymmetricSecurityKey(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey)), SecurityAlgorithms.HmacSha256));
   var encodedJwt = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(jwt);
   return encodedJwt;
  }

  /// <summary>
  /// 驗證身份 驗證簽名的有效性,
  /// </summary>
  /// <param name="encodeJwt"></param>
  /// <param name="validatePayLoad">自定義各類驗證； 是否包含那種申明，或者申明的值， </param>
  /// 例如：payLoad["aud"]?.ToString() == "roberAuddience";
  /// 例如：驗證是否過期 等
  /// <returns></returns>
  public static bool Validate(string encodeJwt,Func<Dictionary<string,object>,bool> validatePayLoad)
  {
   var success = true;
   var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
   var header = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[0]));
   var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));

   var hs256 = new HMACSHA256(Encoding.ASCII.GetBytes(securityKey));
   //首先驗證簽名是否正確（必須的）
   success = success && string.Equals(jwtArr[2], Base64UrlEncoder.Encode(hs256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(string.Concat(jwtArr[0], ".", jwtArr[1])))));
   if (!success)
   {
    return success;//簽名不正確直接返回
   }
   //其次驗證是否在有效期內(nèi)（也應(yīng)該必須）
   var now = ToUnixEpochDate(DateTime.UtcNow);
   success = success && (now >= long.Parse(payLoad["nbf"].ToString()) && now < long.Parse(payLoad["exp"].ToString()));

   //再其次 進行自定義的驗證
   success = success && validatePayLoad(payLoad);

   return success;
  }
  /// <summary>
  /// 獲取jwt中的payLoad
  /// </summary>
  /// <param name="encodeJwt"></param>
  /// <returns></returns>
  public static Dictionary<string ,object> GetPayLoad(string encodeJwt)
  {
   var jwtArr = encodeJwt.Split('.');
   var payLoad = JsonConvert.DeserializeObject<Dictionary<string, object>>(Base64UrlEncoder.Decode(jwtArr[1]));
   return payLoad;
  }
  public static long ToUnixEpochDate(DateTime date) => 
   (long)Math.Round((date.ToUniversalTime() - new DateTimeOffset(1970, 1, 1, 0, 0, 0, TimeSpan.Zero)).TotalSeconds);
 }

以上就是jwt的基本內(nèi)容，它確實很簡單，不要被aspnet core中的各種寫法給搞暈了，只要是jwt相關(guān)的驗證都是基于上面這些東西

下一章節(jié)將講述：